一種地震全向矢量檢波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及檢波器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地震全向矢量檢波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)波動(dòng)理論，波動(dòng)不只表示振動(dòng)，還表示振動(dòng)的傳播。具體地：1、振動(dòng)可分解為 線振動(dòng)、旋振動(dòng)；2、波場(chǎng)散度驅(qū)動(dòng)縱波，波場(chǎng)旋度驅(qū)動(dòng)橫波；3、線振動(dòng)是散度和旋度的共同 作用，既包含縱波，也包含橫波；4、旋振動(dòng)只與旋度有關(guān)；5、體旋度是完全旋度，面旋度是 不完全旋度。因此，只能檢測(cè)線振動(dòng)的技術(shù)，不能干凈分離縱橫波。必須是能夠檢測(cè)體旋度 或散度的技術(shù)，才有可能解出純橫波和純縱波。
[0003] 波動(dòng)的空間運(yùn)動(dòng)屬性，包含了豐富的信息，可以在波場(chǎng)分離、信噪比、保真度、成像 精度、介質(zhì)屬性分析等方面起到重要作用。但是，現(xiàn)有采集技術(shù)卻只能檢測(cè)振幅、頻率、相位 等信息，基本沒有檢測(cè)波動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)屬性的功能。
[0004] 目前地震波的檢測(cè)，是將波振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓、電流）或再進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換來(lái) 實(shí)現(xiàn)。將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方法，不外乎應(yīng)用電磁檢波器、電容檢波器、壓電檢波器 和光纖應(yīng)變檢波器。
[0005] 電磁檢波器和電容檢波器是線振動(dòng)型，有工作方向。理想方向?yàn)V波效應(yīng)為COS Θ， out(t) =A(t)cos0。A(t)和Θ都是未知的，僅單個(gè)器件是求不出真振幅A(t)和夾角Θ 的。MEMS檢波器基本屬于電容型檢波器，也遵循上述規(guī)律。
[0006] 光纖應(yīng)變檢波器可歸于線振動(dòng)或壓強(qiáng)型，單器件也不能確定振動(dòng)方向。所以，單個(gè) 電磁檢波器、電容檢波器和光纖應(yīng)變檢波器，都不能區(qū)分波場(chǎng)振動(dòng)方向，更不具備檢測(cè)波場(chǎng) 散度旋度的功能。
[0007] 壓電檢波器是壓強(qiáng)型，輸出與周圍液態(tài)介質(zhì)壓強(qiáng)有關(guān)，無(wú)方向性，不能區(qū)分振動(dòng)方 向。液態(tài)環(huán)境中壓強(qiáng)各向同性，等效于波場(chǎng)散度。但在陸上固態(tài)環(huán)境，即使將其置于液態(tài)容 器中，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)散度測(cè)量。
[0008] 三分量檢波器，以三矢量合成方法，可以求出波場(chǎng)振動(dòng)方向Θ和振幅A(t)。這 也是稱其為矢量檢波器的原因，但只是測(cè)量點(diǎn)的線振動(dòng)矢量，不能檢測(cè)振動(dòng)性質(zhì)、旋度和散 度。
[0009] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的各類檢波器不能實(shí)現(xiàn)地震波場(chǎng)全信息的檢測(cè)。
[0010] 圖1是相關(guān)技術(shù)中理想單檢波器在縱波波場(chǎng)中的方向性響應(yīng)示意圖，圖2是相關(guān) 技術(shù)中理想單檢波器在橫波波場(chǎng)中的方向性響應(yīng)示意圖，用以說(shuō)明檢波器的工作方向性。 如圖1、圖2所示，檢波器的輸出基于下述公式實(shí)現(xiàn)：out = A ·η = aXb cos Θ。其中，A表 示波場(chǎng)函數(shù)，矢量；η表示檢波器工作方向單位矢量；a表示波場(chǎng)A在振動(dòng)方向的瞬時(shí)振幅； b表示檢波器靈敏度；Θ表示檢波器的工作方向與檢波器位置處波場(chǎng)振動(dòng)方向的夾角；p為 縱波下標(biāo)；s為橫波下標(biāo)。
[0011] 具體地，如圖1所示，檢波器在縱波波場(chǎng)中的輸出基于下述公式實(shí)現(xiàn)：
[0012] out = Ap · n = apXb COS θ p;其中，Ap表示縱波波場(chǎng)等時(shí)面；ap表示波場(chǎng)Ap在檢 波器位置的的法線方向的瞬時(shí)位移量；b表示檢波器靈敏度；θ p表示檢波器的工作方向與 波場(chǎng)振動(dòng)方向的夾角。
[0013] 如圖2所示，檢波器在橫波波場(chǎng)中的輸出基于下述公式實(shí)現(xiàn)：
[0014] out = As · n = asXb cos Θ s;其中，A s表示橫波波場(chǎng)等時(shí)面；a s表示波場(chǎng)A s在檢 波器位置的振動(dòng)矢量方向的瞬時(shí)位移量；b表示檢波器靈敏度；Θ 3表示檢波器的工作方向 與波場(chǎng)振動(dòng)方向的夾角。
[0015] 圖1、圖2以及上述公式中沒有包含電磁電容檢波器的其它性能，只是方向性的描 述。上述公式只是用來(lái)說(shuō)明單個(gè)檢波器，滿足多矢量空間結(jié)構(gòu)的方向性要求。
[0016] 傳統(tǒng)技術(shù)中的地震波檢測(cè)流程如下：
[0017] 根據(jù)波動(dòng)方程，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系如下式（1):
[0019] 其中，λ、μ是拉梅常數(shù)，p是密度，U是位移向量，t是時(shí)間。
[0020] F是外力向量，
.
[0021] V2是拉普拉斯算子，
[0022] Θ是體變系數(shù)：
[0023] 對(duì)公式⑴求散度，得到以下公式⑵：
[0025] 其中，diV是散度，Vp是縱波傳播速度。
[0026] 對(duì)公式⑴求旋度，得到以下公式⑶有：
[0028] 其中，rot是旋度。w = rot (U)，Vs是橫波傳播速度。
[0029] 在傳統(tǒng)技術(shù)中，地震波的檢測(cè)只是采集到?(/, V,.r.::)在豎直檢波器工作方向的投 影，根本就不是0<之后就根據(jù)公式（2)演化各種方程解縱波；采集到?α 在水平檢波 器工作方向的投影，之后就根據(jù)公式（3)演化各種方程解橫波。在這些誤差的基礎(chǔ)上進(jìn)行 聯(lián)合求解、聯(lián)合反演。因此，其誤差是顯而易見的。
[0030] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中地震波場(chǎng)全信息檢測(cè)誤差較大的問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決 方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031] 本發(fā)明提供了一種地震全向矢量檢波器，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中地震波場(chǎng)全信息 檢測(cè)誤差較大的問(wèn)題。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種地震全向矢量檢波器。其中包括：八個(gè)檢波器 及支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)用于支撐所述八個(gè)檢波器，使得每?jī)蓚€(gè)檢波器的底面位于一正 四面體的其中一個(gè)正三角形面上，位于同一正三角形面上的兩個(gè)檢波器的工作軸與該正三 角形面的交點(diǎn)均位于該正三角形面的一個(gè)角的角平分線上并且相對(duì)于該正三角形面的中 心對(duì)稱。
[0033] 優(yōu)選地，設(shè)所述正四面體的其中一個(gè)正三角形面為主三角形面；所述主三角形面 其中一個(gè)角為所述正四面體的第一頂角，所述主三角形面上的兩個(gè)檢波器的工作軸與所述 主三角形面的交點(diǎn)均位于所述第一頂角的角平分線上；
[0034] 設(shè)所述第一頂角對(duì)應(yīng)的底邊所在的所述正四面體的另一面為所述正四面體的第 一側(cè)面，該底邊的中點(diǎn)在所述主三角形面逆時(shí)針?lè)较蚧瑒?dòng)，遇到的所述第一側(cè)面上的角為 第二頂角；所述第一側(cè)面上的兩個(gè)檢波器的工作軸與所述第一側(cè)面的交點(diǎn)均位于所述第二 頂角的角平分線上；
[0035] 設(shè)所述第二頂角對(duì)應(yīng)的底邊所在的所述正四面體的另一面為所述正四面體的第 二側(cè)面，該底邊的中點(diǎn)在所述第一側(cè)面順時(shí)針?lè)较蚧瑒?dòng)，遇到的所述第二側(cè)面上的角為第 三頂角；所述第二側(cè)面上的兩個(gè)檢波器的工作軸與所述第二側(cè)面的交點(diǎn)均位于所述第三頂 角的角平分線上；
[0036] 設(shè)所述第三頂角對(duì)應(yīng)的底邊所在的所述正四面體的另一面為所述正四面體的第 三側(cè)面，該底邊的中點(diǎn)在所述第二側(cè)面逆時(shí)針?lè)较蚧瑒?dòng)，遇到的所述第三側(cè)面上的角為第 四頂角；所述第三側(cè)面上的兩個(gè)檢波器的工作軸與所述第三側(cè)面的交點(diǎn)均位于所述第四頂 角的角平分線上；
[0037] 或者，
[0038] 設(shè)所述第一頂角、所述第二頂角、所述第三頂角及所述第四頂角分別對(duì)應(yīng)所述正 四面體的第一頂點(diǎn)、第二頂點(diǎn)、第三頂點(diǎn)及第四頂點(diǎn)；所述主三角形面上的兩個(gè)檢波器的工 作軸與所述主三角形面的交點(diǎn)均位于所述第一頂角的角平分線上；所述第一側(cè)面上的兩個(gè) 檢波器的工作軸與所述第一側(cè)面的交點(diǎn)均位于所述第三頂點(diǎn)在所述第一側(cè)面上的角的角 平分線上；所述第二側(cè)面上的兩個(gè)檢波器的工作軸與所述第二側(cè)面的交點(diǎn)均位于所述第四 頂點(diǎn)在所述第二側(cè)面上的角的角平分線上；所述第三側(cè)面上的兩個(gè)檢波器的工作軸與所述 第三側(cè)面的交點(diǎn)均位于所述第二頂點(diǎn)在所述第三側(cè)面上的角的角平分線上。
[0039] 優(yōu)選地，所述檢波器為圓柱電磁型檢波器，各個(gè)圓柱電磁型檢波器的底面與所述 正四面體的體幾何中心的距離為各個(gè)檢波器互不接觸的最小值。
[0040] 優(yōu)選地，所述檢波器為扁片電容型檢波器。
[0041] 優(yōu)選地，所述八個(gè)檢波器的八個(gè)空間矢